王念欣，張 戈，董洪壯，袁宇皓
（山東鋼鐵集團有限公司研究院，山東濟南250101）
[摘 要] 應(yīng)用轉(zhuǎn)爐專用砌筑設(shè)計方式、間歇式開氮氣濺渣護爐、留渣操作、鐵塊渣補、底吹動態(tài)控制等綜合爐襯維護技術(shù)，延緩了爐襯被侵蝕速度，提高了金屬收得率，降低了造渣料、耐材、石灰、氧氣、鋼鐵料等消耗，噸鋼綜合節(jié)省費用約 1.32 元。
[關(guān)鍵詞] 爐襯維護；濺渣護爐；生鐵塊；動態(tài)模型；底吹流量
0 引言
隨著功能性需求差異化及煉鋼技術(shù)的發(fā)展，對煉鋼用原材料及轉(zhuǎn)爐爐襯維護工藝提出了更高要求。傳統(tǒng)、單一、分散型的單項技術(shù)已經(jīng)跟不上發(fā)展趨勢的要求，綜合性的技術(shù)協(xié)同及集成成為未來鋼鐵行業(yè)的發(fā)展方向。本文對轉(zhuǎn)爐專用砌筑的設(shè)計方式、間歇式開氮氣濺渣護爐、留渣操作、鐵塊渣補、底吹動態(tài)控制等綜合爐襯維護技術(shù)進行了應(yīng)用分析。
1 綜合爐襯維護技術(shù)
轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)運行中的物理撞擊、溫差變化、化學(xué)反應(yīng)等原因，造成轉(zhuǎn)爐爐襯的損壞加劇。為保證轉(zhuǎn)爐耐材在整個爐役期間安全穩(wěn)定，避免局部爐襯損壞過快形成壽命短板，應(yīng)加強對轉(zhuǎn)爐耐材的日常監(jiān)護和修補，尤其是對損壞比較嚴重的爐襯等薄弱部位的日常監(jiān)護和修補，以使爐襯損壞程度盡量均衡、延長轉(zhuǎn)爐使用壽命。爐襯維護方法，傳統(tǒng)采用貼磚法、噴補法、濺渣護爐、料補、渣補等，但前提是轉(zhuǎn)爐需要停爐并保證足夠的燒結(jié)時間，這樣就會影響成本和生產(chǎn)效率。采用綜合爐襯維護技術(shù)可有效降低爐襯侵蝕速度、提高生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。
1.1 熔池結(jié)構(gòu)均衡設(shè)計
在吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行著極其復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，存在著高速的流場運動。整個爐役期間，爐襯各部位受到的物理化學(xué)作用及機械沖擊不同，被侵蝕及損壞的程度不一，導(dǎo)致不同部位爐襯壽命差異較大。鑒于此，在原有綜合砌爐技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合轉(zhuǎn)爐爐襯各個部位侵蝕的具體情況，前瞻性地設(shè)計采用一種煉鋼專用轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu)[1]。
轉(zhuǎn)爐工作層由多層鎂碳磚砌筑而成，在下部熔池部位采用逐步過渡加厚的設(shè)計及砌筑方式：多層環(huán)形鎂碳磚的長度在高度方向上采用自上層向下層逐步變長，即工作層熔池磚厚度自上層向下層逐漸變厚，轉(zhuǎn)爐內(nèi)腔直徑自上層向下層每一層逐漸變小的熔池整體結(jié)構(gòu)（見圖 1）。
轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)運行過程中，尤其是吹氧冶煉期間，轉(zhuǎn)爐底部熔池及渣線部位受侵蝕相對比較嚴重，導(dǎo)致了爐役后期該部位一直是薄弱部位，也是安全重點關(guān)注部位。通過上圖可見，這種在多層環(huán)形鎂碳磚體疊加形成的熔池成上大下小的近似圓錐體的專用爐襯設(shè)計結(jié)構(gòu)，前瞻性地解決了轉(zhuǎn)爐熔池薄弱部位侵蝕速度快的難題，保證了在整個爐役壽命周期中的維護成本經(jīng)濟性，提高了使用安全及穩(wěn)定性，有效均衡了整個爐役期間爐襯各部位的綜合壽命，提高了爐齡和綜合經(jīng)濟效益。
1.2 創(chuàng)新濺渣護爐工藝
優(yōu)化創(chuàng)新濺渣護爐工藝，發(fā)明性地采用一種轉(zhuǎn)爐爐襯的維護方法[2]：在濺渣護爐操作時通過氧槍由原來傳統(tǒng)的持續(xù)性開氮氣改為間歇式地向轉(zhuǎn)爐內(nèi)留存的液態(tài)爐渣噴吹壓縮氮氣，液態(tài)爐渣在高壓氮氣作用下產(chǎn)生波浪向外漫延，“浪涌”到轉(zhuǎn)爐爐襯上，與爐襯表面反復(fù)接觸、掛渣、粘結(jié)、凝固。高黏度和耐火度的轉(zhuǎn)爐終渣，在開閥瞬間壓力高、流量大、對爐渣沖擊排擠大的氮氣作用下，被反復(fù)噴濺到爐襯上，明顯提高了濺渣護爐效果。
該工藝在不增加專用設(shè)備、不延長輔助時間、不增加勞動強度和噴補料成本、不影響煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏的前提下，優(yōu)化了濺渣護爐工藝，提高了濺渣護爐效果，有效延緩了熔池的侵蝕速度。
1.3 探索鐵塊渣補技術(shù)
大型轉(zhuǎn)爐常用的補爐方式基本采用“渣補”和“料補”。料補將增加補爐料消耗，而且補爐料的脫落易造成鋼水夾雜物增加，爐渣化渣困難，影響鋼水質(zhì)量；渣補是將終渣留在爐內(nèi)，要求足夠的時間冷卻、凝固，直接影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。
鐵塊渣補技術(shù)是利用鐵塊與高溫液渣的快速換熱、溫度梯度而高效冷固粘合，對特定的爐襯薄弱部位進行局部修補維護，從而節(jié)省了補爐料消耗、延長了爐襯壽命。
鐵塊渣補適用于渣補倒渣面，要求上一爐控制合適的爐渣堿度及成分，將提前準備好的鐵塊（2~3t）用廢鋼斗均勻地倒入預(yù)定部位，反復(fù)搖動幾次爐，使鐵塊完全浸入爐渣內(nèi)，通過生鐵塊與高溫液態(tài)爐渣的快速換熱而降溫，爐渣中 MgO、2CaO· SiO2、3CaO·SiO2 等高熔點物質(zhì)冷凝析出，爐渣黏度升高，爐渣與鐵塊冷卻凝固包裹粘附在爐襯上，從而達到了快速維護爐襯的目的[3]。
1.4 完善轉(zhuǎn)爐留渣操作[4]
轉(zhuǎn)爐留渣操作是指濺渣后不全部倒渣，留一部分高溫、高堿度及一定（FeO）含量的爐渣供下一爐使用，有利于下一爐的快速成渣、提高爐渣作用和效率，有利于提高熱效率、降低造渣料消耗，減少金屬損失、減緩爐襯侵蝕。隨著濺渣護爐技術(shù)優(yōu)化和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐設(shè)備的優(yōu)化提升，通過對留渣噴濺的根本原因進行分析，不斷摸索、完善預(yù)防措施，留渣操作工藝逐步得到優(yōu)化和完善。
轉(zhuǎn)爐終渣中含有一定移（FeO），留渣后的下一爐兌入鐵水時，將會與鐵水中的[C]發(fā)生反應(yīng)，見式（1）、式（2）;尤其是當終渣氧化性較高、渣中（FeO）大于 20%時 ，兩式可能同時反應(yīng) ，產(chǎn)生氣體量瞬間大增，操作控制困難而引發(fā)爆發(fā)性噴濺事故。
（FeO）+[C]=[Fe]+CO （1）
2（FeO）+[C]=2[Fe]+CO2 （2）
由以上分析可見：控制爐內(nèi)氣體的瞬間集聚量，減緩反應(yīng)速度，必須減少式中反應(yīng)物，即（FeO）、[C]含量。而鐵水中[C]含量變化不大，只有控制兌鐵水時爐渣中（FeO）含量。預(yù)防措施：一是通過控制吹煉終點壓槍時間、拉碳時機、增大底吹流量、降低爐渣氧化性等操作降低終渣（FeO）含量[5]；二是可在兌鐵水前加入 1 000~1 500 kg 石灰對終渣進行稀釋降溫；同時要求留渣爐次的總渣量不宜過大，避免終點溫度過高及波動較大，減少終渣（FeO）含量，避免或減緩式（1）、式（2）同時反應(yīng)而引發(fā)噴濺。
1.5 底吹動態(tài)模型的開發(fā)應(yīng)用[6]
為解決傳統(tǒng)底吹控制系統(tǒng)流量控制一成不變的問題，研究開發(fā)了底吹動態(tài)控制模型：在原有 3 種固有模式基礎(chǔ)上增加 3 個高、中、低流量系列，組合成“3×3”種基本流量曲線，并且每種曲線都通過模型動態(tài)控制，影響因素為終點碳氧積、熔池液位、爐齡等，即：流量曲線值（f x）=f（m/m0，a，b），其中 m/m0 為終點碳氧積，a 為熔池液位，b 為爐齡。
每爐次開始前，模型根據(jù)鋼種規(guī)程要求進行自動更新、即時調(diào)整，先選擇底吹模式，再選擇流量系 列，然后程序調(diào)取對應(yīng)歷史數(shù)據(jù)進行反饋計算，回歸分析出終點碳氧積與終點溫度、終點碳氧含量、 熔池液位的關(guān)系，優(yōu)化并修正下一爐的底吹流量新參數(shù)，確定各點的流量瞬時值。
2 應(yīng)用效果
（1）專用轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu)的設(shè)計，前瞻性地解決 了轉(zhuǎn)爐熔池局部侵蝕速度快的難題，均衡了整個爐 役期間爐襯各部位的綜合壽命，提高了爐齡和綜合經(jīng)濟效益。
（2）間歇式開氮氣濺渣護爐技術(shù)，優(yōu)化了爐內(nèi)氣-液相的流場，提高了濺渣護爐效果和效率，為轉(zhuǎn)爐提質(zhì)增效、穩(wěn)定安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
（3）采用鐵塊渣補技術(shù)，可節(jié)約 30%的補爐料，噸鋼耐材成本降低 0.65 元/t；不但有利于提高鋼水質(zhì)量， 還可節(jié)省補爐時間、提高生產(chǎn)效率、保證爐況安全。
（4）轉(zhuǎn)爐留渣操作，有利于初期化渣和脫磷，可有效減少對爐襯的侵蝕，有利于提高爐襯耐材壽命，同時明顯減少渣中金屬損失，噸鋼石灰消耗降低 3 kg，鋼鐵料消耗降低 1 kg/t。
（5）底吹流量動態(tài)控制，改善了底吹氣體對熔池的攪拌作用和復(fù)吹效果，吹煉終點碳氧濃度積更接近平衡值。通過底吹動態(tài)控制，終點渣樣中（TFe）含量下降 2.16%，噸鋼耗氧量下降 1.75 Nm3/t，明顯提高了金屬收得率，降低了噸鋼耗氧量，從而降低了噸鋼成本。
3 結(jié)論
結(jié)合綜合砌爐設(shè)計專用轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu)，前瞻性地均衡了爐襯整體侵蝕狀況；間歇式開氮氣濺渣護爐， 提高了濺渣效率和濺渣效果；鐵塊渣補技術(shù)不但降低了補爐料成本，還縮短了補爐時間，提高了生產(chǎn)效率；留渣操作降低了造渣料消耗，減少了金屬損失；底吹動態(tài)模型促進了復(fù)吹冶金效果，提高了金屬收得率。綜合爐襯維護技術(shù)的應(yīng)用有效降低了耐材、石灰、氧 氣、鋼鐵料等消耗，噸鋼綜合節(jié)省費用約 1.32 元。
參考文獻
[1] 劉效森 ，王念欣，尚玉民，等. 轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu) ： 中國 ， ZL201620203380.3[P].2016-08-24.
[2] 王念欣，李作鑫，賈崇雪，等.一種轉(zhuǎn)爐爐襯的維護方法：中國， ZL201510141846.1[P].2017-06-23.
[3] 李長江，王英，沈小二，等.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐補爐中使用生鐵塊的實踐應(yīng) 用[J].新疆鋼鐵，2017（2）:43-45.
[4] 劉效森，王念欣，賈崇雪，等.濟鋼 120t 轉(zhuǎn)爐留渣操作工藝的實踐 [J].河北冶金，2010（4）:25-26.
[5] 信維克，李小勇，唐民生.南鋼轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹（LD 法）與頂?shù)讖?fù)合吹（LBE 法）煉鋼效果對比[J].鋼鐵產(chǎn)業(yè)，2006（2）：34-37.
[6] 王念欣.濟鋼 120 t 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹工藝的優(yōu)化[J].山東冶金，2008（3）:30-31.